Énergie solaire photovoltaïque

Cet article ou cette section doit être recyclé. Une réorganisation et une clarification du contenu sont nécessaires. Discutez des points à améliorer en page de discussion.

Atlas solaire mondial

Panneaux photovoltaïques du plus grand bateau solaire d'Europe en 2007 (180 places) (voir ci dessous)

Ce bateau solaire de 180 places a été affrété par l'ONG Natuur monumenten pour le centre d'interprétation de la nature de Dordrecht pour visiter les zones humides du Parc national de Biesbosch (9 000 ha) aux Pays-Bas. Coût : 1 million d'euros (moteur Diesel complémentaire ou de secours)

L'énergie solaire est particulièrement adaptée aux lieux isolés ensoleillé, par exemple ici dans le village de Grand Bassin (Île de la Réunion)

Les modules photovoltaïque peuvent être intégrés dans le mobilier urbain, ici pour rechargement de quelques véhicules électriques, tout en ayant fonction d'ombrière et d'abri contre la pluie, avec possibilité de récupérer l'eau de pluie

L’énergie solaire photovoltaïque est une énergie électrique renouvelable produite à partir du rayonnement solaire.

La cellule photovoltaïque est le composant électronique de base, utilisant l'effet photoélectrique. Plusieurs cellules reliées entre elles forment un module solaire photovoltaïque ; plusieurs modules regroupés forment une installation solaire produisant une électricité qui peut être utilisée sur place, ou alimenter un réseau de distribution.

Selon l'ADEME (2013), l'énergie solaire photovoltaïque, fluctuante, mais inépuisable et modulable, est devenue « une composante incontournable des politiques énergétiques ». Progressant rapidement en termes d'efficacité et de baisse des coûts, elle devrait en France, être « économiquement compétitive dans les prochaines années ». Les investissements d'avenir et d'autres soutiens à la filière sont un enjeu stratégique pour « l'approvisionnement énergétique, de développement industriel, d'emplois, de compétitivité et de lutte contre le changement climatique ». Des contraintes d'occupation des sols doivent cependant favoriser les installations sur grandes toitures (entrepôts, bâtiments commerciaux).

Vocabulaire

Le terme photovoltaïque désigne selon le contexte le phénomène physique - l'effet photovoltaïque - ou la technique associée.

Technique

Article détaillé : cellule photovoltaïque.

La production de courant par des cellules photovoltaïques repose sur le principe de l'effet photoélectrique. Ces cellules produisent du courant continu à partir du rayonnement solaire. Ensuite l'utilisation de ce courant continu diffère d'une installation à l'autre, selon le but de celle-ci. On distingue principalement deux types d'utilisation, celui où l'installation photovoltaïque est connectée à un réseau de distribution d'électricité et celui où elle ne l'est pas.

Les installations non connectées peuvent directement consommer l'électricité produite. À grande échelle, c'est le cas des calculatrices solaires et autres gadgets, conçus pour fonctionner en présence de lumière naturelle ou artificielle (dans un logement ou un bureau). À plus petite échelle, des sites non raccordés au réseau électrique (en montagne, sur des îles ou des voiliers, un satellite...) sont alimentés de la sorte, avec des batteries d'accumulateurs pour disposer d'électricité au cours de périodes sans lumière (la nuit notamment).

Des installations photovoltaïques sont aussi connectées aux réseaux de distribution électrique. Sur les grands réseaux de distribution (Amérique du Nord, Europe, Japon...) des installations photovoltaïques produisent de l'électricité et l'injectent dans le réseau. Pour ce faire, ces installations sont munies d'onduleurs qui transforment le courant continu en courant alternatif aux caractéristiques du réseau (fréquence de 50 Hz en Europe continentale ou 60 Hz en Amérique du Nord et au Royaume-Uni par exemple). Elles n'ont pas besoin d'installation de stockage (batteries), l'électricité est consommée à l'instant où elle est produite par les consommateurs les plus proches sur le réseau.

Modules photovoltaïques

Il existe plusieurs techniques de modules solaires photovoltaïques :

• les modules solaires monocristallins possèdent le meilleur rendement au m² et sont essentiellement utilisés lorsque les espaces sont restreints. Le coût, plus élevé que celui d'autres installations de même puissance, contrarie le développement de cette technique ;
• les modules solaires polycristallins ont actuellement le meilleur rapport qualité/prix, c'est pourquoi ce sont les plus utilisés. Ils ont un bon rendement et une bonne durée de vie (plus de 35 ans) ;
• les modules solaires amorphes auront certainement un bon avenir car ils peuvent être souples et ont une meilleure production par faible lumière. Cependant, le silicium amorphe possède un rendement divisé par deux par rapport à celui du cristallin, cette solution nécessite donc une plus grande surface pour la même puissance installée. Toutefois, le prix au m² installé est plus faible que pour des panneaux solaires composés de cellules cristallines.

Influence de l'ensoleillement

Carte de la Radiation Solaire en France

Même si la constante solaire est de 1,367 kW/m², les pertes de lumière lors de la traversée de l'atmosphère réduisent l'énergie maximale reçue au sol à environ 1 kW/m² au midi vrai : 1 m² de panneaux exposés en plein soleil reçoivent 1 kW (1 000 watts). C'est cette valeur qui est communément retenue pour les calculs, et en laboratoire pour déterminer le rendement d'une cellule ou d'un panneau solaire, c'est une source lumineuse artificielle de 1 kW/m² qui est utilisée. Au final, l'énergie qui arrive au sol dépend de la nébulosité, de l'inclinaison du soleil (et de l'épaisseur de l'atmosphère à traverser) et donc de l'heure de la journée.

Au cours d'une journée, même sans nuage, la production électrique du panneau varie en permanence en fonction de la position du soleil et n'est à son maximum que pendant un bref passage au plein midi. Le « nombre d'heures d'équivalent plein soleil » (valeur qui concerne le producteur d'électricité photovoltaïque), est moindre que le nombre d'heures où le soleil a brillé (le nombre d'heures d'ensoleillement au sens de la météorologie) dans la journée. La saison joue aussi, dans le même sens. Par exemple, la ville de Rouen est située sur la ligne des 1 750 heures d'ensoleillement par an, alors que le nombre d'heures d'équivalent plein soleil y est proche de 1 100 heures.

Cette question peut être étudiée plus en détail sur le site de l'Institut de l'énergie solaire (INES) ; il faut aussi tenir compte de l'albédo du sol, c'est-à-dire de son pouvoir de réflexion de la lumière. Lorsqu'une installation est dans un environnement très réfléchissant (un paysage de neige par exemple), sa production augmente parce qu'elle récupère une petite partie de la lumière réfléchie par la neige alentour. Mais cette variable n'est pas facile à quantifier et se trouve, de fait, incluse dans le nombre d'heures d'équivalent plein soleil.

Avant de s'équiper en panneaux photovoltaïques, il est conseillé de se renseigner sur les conditions locales du lieu géographique concerné. L'information se trouve facilement sur internet, par exemple, la Communauté Européenne a mis en ligne un nouveau logiciel gratuit PV Estimation Utility. Selon cet outil, à Liège on peut obtenir 833 kWh/kWc/an, à Hambourg 846, à Londres 869, à Colmar 920, à Rouen 931, à Munich 1000, à Arcachon 1 130, à Chamonix 1 060, à La Rochelle 1 140, à Agen 1 110, à Montélimar 1 250, à Perpignan 1 250, à Héraklion 1 330, à Madrid 1 410, à Cannes 1 330, à Séville 1 420, à Malte 1 480 et à Faro Portugal 1 490 kWh/kWc/an, soit un facteur de charge annuel potentiel variant de 9 à 17 % selon les pays et régions.

Économie, prospective

Dans le monde, le marché a émergé avec des besoins d'électrification de satellites, bateaux, caravanes et d'autres objets mobiles (montres, calculatrices...), ou de sites et instrumentations isolés. Il a depuis les années 1990 rapidement évolué vers une baise des prix ayant permis une production de masse pour le réseau, production qui pourrait s'étendre à la production auto-consommée intégrée dans les réseaux intelligents (smart grids), à partir de murs et toitures et dans la perspective d'une énergie propre et décentralisée, via des services moyens éventuellement partagés tels que prônés par Jeremy Rifkin dans son concept de troisième révolution industrielle.
En 2012 le marché a été évalué à 77,5 milliards de dollars/an pour une puissance mondiale cumulée ayant dépassé 100 GW (soit 120 TWhe effectivement produit par an) ; à titre de comparaison : 1 GW est la puissance électrique moyenne d'un réacteur nucléaire des années 1970, l'EPR a une puissance de 1,65 GW ; mais 1 GW de nucléaire produit en moyenne 7 à 8 TWh/an, alors que 1 GW de photovoltaïque produit en moyenne 1,2 TWh/an, car sa puissance est sous-utilisée par temps nuageux et inutilisée de nuit, alors qu'un réacteur nucléaire fonctionne à 100 % de sa puissance 24h/24 sur 10 à 11 mois par an. Le secteur fait vivre environ 900 000 emplois, principalement en Europe. Les scenarios de prévisions d'installation annuelle vont de 27 à 47 GW (50-70 milliards d’euros d’investissement) en 2015 et de 59 à 135 GW (79-129 milliards d’euros d’investissement) en 2020.

En Europe, près de 17GW ont été raccordés au réseau électrique en 2012, pour une puissance cumulée de l’ordre de 69 GW. Le PV produit plus de 2,5% de la demande en électricité en Europe.

Incitations étatiques modulant les coût financier

Depuis plusieurs années, des incitations financières (déductions fiscales, tarifs de rachats bonifiés de l'électricité produite pour le réseau public) encouragent l'installation de panneaux photovoltaïques, dans divers pays (Allemagne, Japon, Espagne, É.-U., Australie, France...) mais souvent à des conditions particulières.

En France, en aout 2010 une baisse de 12 % des tarifs d'achat de l'électricité photovoltaïque (ne concernant pas les particuliers), ainsi que de futures révisions de ces tarifs a été annoncée pour réorganiser la filière. 4 mois plus tard (dec 2010), le Premier Ministre annoncait une remise à plat du soutien public à la filière photovoltaïque, annonçant un moratoire sur les nouveaux projets (hors installations « domestiques » avant publication d'un nouveau cadre» en mars 2011. Cette décision a suscité de vives réactions du secteur.

Le 3 septembre 2010, l'Inspection générale des finances avance que le photovoltaïque, du fait de la faible production industrielle nationale, contribue pour 2 % au déficit commercial de la France (800 millions d'euros en 2009) étant source d'un « risque financier majeur » pour les consommateurs. En décembre 2010, Nathalie Kosciusko-Morizet s'élevait contre l’importation en grande quantité de panneaux photovoltaïques chinois à bas coût en France. Selon la ministre de l'Écologie, ces panneaux solaires importés de Chine équivaudraient à « une gamme de base dont la réalisation représente 1,8 fois la production de CO2 d'un panneau français ».

En 2013, à l'occasion du Débat national sur la transition énergétique; le rapport rendu par les 65 participants du groupe de travail "Quels choix en matière d'énergies renouvelables et quelle stratégie de développement industriel et territorial ?" plébiscite le photovoltaïque , qu'il juge nécessaire pour répondre à l'obligation d'atteindre l'bjectif du « paquet énergie-climat » à l'horizon de 2020. Ce rapport contient environ 60 autres propositions sur les filières renouvelables.

Emplois

La filière photovoltaïque représenterait entre 20 000 et 35 000 emplois en France, situés « dans l'aval de chaîne de valeur (développement de projet, installation...) » et non dans la partie la plus innovante (recherche, fabrication). Selon une étude du cabinet SIA-Conseil, un emploi dans le photovoltaïque coûterait de 10 à 40 % plus cher que l’indemnisation d’un chômeur. Le moratoire photovoltaïque en France, qui a duré de décembre 2010 à mars 2011, pourrait entraîner plus de 5 000 suppressions de postes.

Capacités de production mondiales

En 2011, les nouvelles installations solaires photovoltaïques ont représenté dans le monde, une puissance de 27 600 MW, portant la totalité des installations mondiales à plus de 67 000 MW. L'Allemagne (7 400 MW), l’Italie (2 320 MW), le Japon (990 MW) et les États-Unis (920 MW) représentaient ensemble 80 % du marché mondial (pour les installations faites en 2010). Les installations connectées aux réseaux (sans stockage de l'électricité) représentent la grosse majorité des nouvelles installations.

Les six plus grandes firmes fabriquant des cellules photovoltaïques se partageaient, en 2010, 50 % du marché mondial. Il s'agit des sociétés chinoises Suntech Power, JA Solar, Trina Solar et Yingly, de l’entreprise américaine First Solar et de l'allemande Q-Cells. La Chine à elle seule, a produit en 2010 près de la moitié des cellules photovoltaïques du monde, et c'est aussi en Chine que la majorité des panneaux sont assemblés.

Faillites d'entreprises

Au début de 2010, suite à la flambée des demandes de rachat d'électricité photovoltaïque reçues par EDF en novembre-décembre 2009, le gouvernement a adopté des mesures d'urgence : mesures transitoires pour traiter l’afflux des demandes, ajustement des tarifs de rachat ; il a confié à l'Inspection Générale des Finances (IGF) une "Mission relative à la régulation et au développement de la filière photovoltaïque en France", qui a rendu son rapport en juin 2010.

Ce rapport met en évidence l'incohérence des réglementations mises en place dans le cadre du Grenelle de l'Environnement et des objectifs européens 2020 pour favoriser le financement du développement de la filière photovoltaïque :

• tarifs d'achat trop attractifs (nettement supérieurs à ceux de la plupart des autres pays, et au coût effectif de production en forte baisse) ;
• cumul des avantages fiscaux (déductions d'impôt sur le revenu, déductions ISF-PME, aides des collectivités locales) avec les tarifs d'achat, le tout débouchant sur une rentabilité excessive des projets (TRI souvent supérieur à 20 %) ;
• fort déficit de la balance commerciale dans le domaine, qui atteint 800 M€ en 2009 (soit 2 % du déficit commercial français) ;
• faible efficacité de ces aides, aussi bien en terme de réduction d'émissions de CO2 (les tarifs d'achat photovoltaïque accaparent une part prépondérante de la CSPE pour une production d'électricité beaucoup plus faible que l'éolien, la biomasse, etc) que de création d'emplois.

Il alertait les pouvoirs publics sur le risque d'explosion de la CSPE, et proposait une série de mesures pour atténuer l'impact du photovoltaïque : baisse immédiate des tarifs de rachat, mise en place d'appels d'offres pour les gros projets et d'un mécanisme de baisses automatiques trimestrielles des tarifs de rachat pour les petits, ...

Ces mesures ont été effectivement mises en place fin 2010, en particulier un moratoire de trois mois sur les raccordements des installations photovoltaïques ; elles ont globalement réussi à assainir la filière , mais la file d'attente des projets de 2009 n'est pas encore totalement résorbée à la fin de 2012.

Le tarif de rachat de l'électricité photovoltaïque, qui était de 60 centimes le kWh pour les particuliers, est maintenant fixé par la Commission de Régulation de l’Énergie (CRE) et révisé trimestriellement en fonction de la progression du parc installé au trimestre précédent. Il est, au 2^e trimestre 2012 de 37 centimes par kWh.

L'Allemagne et l'Espagne ont également diminué fortement les subventions de ce secteur. La production mondiale est supérieure à la demande, et la chute des prix associée à la forte concurrence des producteurs chinois met un bon nombre d'entreprises européennes et américaines en difficulté. On peut citer les entreprises suivantes :

• le fabricant américain Evergreen Solar qui dépose le bilan en août 2011 ;
• le fabricant américain Solyndra qui dépose le bilan en octobre 2011 ;
• le fabricant français Photowatt qui dépose le bilan en novembre 2011 et dont les activités sont reprises en février 2012 par EDF énergies nouvelles ;
• le fabricant allemand Solon qui dépose le bilan en décembre 2011 ;
• le fabricant allemand Solarhybrid qui dépose le bilan en mars 2012 ;
• l'installateur français Evasol qui dépose le bilan en mars 2012 ;
• le fabricant allemand Q-Cells, un des leaders mondiaux de la fabrication de cellules photovoltaïques, qui dépose le bilan en avril 2012 ;
• le fabricant allemand Sovello qui dépose le bilan en mai 2012.

Prix des équipements (hors taxes)

Cet article ne cite pas suffisamment ses sources (juillet 2010). Si vous disposez d'ouvrages ou d'articles de référence ou si vous connaissez des sites web de qualité traitant du thème abordé ici, merci de compléter l'article en donnant les références utiles à sa vérifiabilité et en les liant à la section « Notes et références ». (Modifier l'article)

• Modules polycristallins (fabrication) : ~500 $/kWc
• Modules polycristallins (du grossiste au détaillant) : de 1 500 $ à 3 500 $ / kWc (8 m²/kWc)
• Installation : de 600 à 2 000 $/kWc (en autoconstruction de 100 $ à 400 $/kWc)
• Onduleur pour injection réseau : ~400 $/kWc

La cible de 1 $ par Wc (au niveau des cellules) correspond à un prix de 0,1 $ par kWh (Cf. infra), qu'il faut rapporter au prix actuel du kWh à la consommation par les sources classiques (nucléaire, charbon, gaz...) : environ 0,10 € TTC en France (un des moins chers du monde), 0,25 $ au Japon, etc.

Prix du kWh

Article détaillé : module solaire photovoltaïque#Prix du kWh.

Le prix du kWh produit par une installation solaire photovoltaïque dépend des coûts fixes liés à l'investissement initial (achat du matériel et travaux), de la quantité de rayonnement solaire reçu par l'installation, du rendement de l'installation et surtout de la durée prise en compte pour l'amortissement de l'investissement. Pour ce dernier paramètre, il est raisonnable de considérer une durée a minima de 20 ans. C'est en effet ce que garantissent les constructeurs de panneaux (puissance garantie supérieure à 90 % de la valeur initiale). Pour un calcul plus précis, il faudrait tenir compte de la durée de vie moyenne de l'onduleur (très probablement comprise entre 10 et 20 ans pour une installation domestique).

Par exemple avec une durée d'amortissement de 10 ans :

• pour une installation domestique de 3 kW produisant 3 000 kWh/an, et ayant coûté 6 €/W, le kWh coûtait, en 2009, 58 centimes ^{[réf. nécessaire]} ; le coût descend à 40 centimes ^{[réf. nécessaire]} si on obtient 4 500 kWh/an (zone bien ensoleillée, comme en Corse par exemple) et monte à 72 centimes ^{[réf. nécessaire]} si la production n'est que 2 500 kWh/an (zone moins ensoleillée : nord de la France, Belgique) ;
• pour une centrale solaire telle que celle d'Amareleja (Portugal), ayant coûté 261 millions d'euros^{[réf. nécessaire]} et produisant 93 GWh/an^{[réf. nécessaire]}, soit 2,8 € par kWh et par an, le coût du kWh peut être estimé à 28 centimes ;
• pour le projet (à échéance 2015) de centrale photovoltaïque à concentration de Mildura (en) en Australie, d'une puissance de 154 MW et produisant 270 GWh par an pour un investissement initial de 420 millions de dollars australiens (320 millions d'euros), le coût prévisionnel peut être estimé à 12 c€/kWh.

Éléments de rentabilité d'une installation

Ensemble des éléments techniques, financiers et fiscaux à prendre en compte dans les calculs de rentabilité d'une installation produisant de l'énergie à partir du photovoltaïque :

• flux financiers liés à l'investissement : ce sont le coût du matériel (modules, onduleurs...), le transport et le stockage, l'ingénierie et l'installation et les éventuelles options (télésurveillance) en année 0.

À partir de la puissance installée, il est possible de calculer l'énergie annuelle qui sera produite, en fonction du taux d'ensoleillement de la région. Cette énergie annuelle est revendue à EDF (Agence d'Obligation d'Achats) au tarif indexé en vigueur pendant 20 ans en France et cela donne le chiffre d'affaires annuel généré par la centrale solaire photovoltaïque.

• flux financiers liés à l'exploitation : ils représentent le chiffre d'affaires dès la première année, lorsque la centrale est raccordée au réseau, duquel il faut déduire les différents flux et charges tels l'exploitation et la maintenance, la location de la toiture si applicable, la prime d'assurance, les frais généraux, la taxe professionnelle, les dotations aux amortissements et aux provisions, la variation du BFR et l'impôt sur les sociétés qui s'applique sur le résultat net, car une société ad hoc est souvent constituée pour chaque projet photovoltaïque.

Ces flux sont aisés à estimer pendant les 20 ans de l'obligation d'achat, mais des hypothèses de valeur résiduelle de l'équipement après 20 ans sont aussi à prendre en compte.

• flux liés aux financements : ils prennent en compte le montage financier, la dette qui peut représenter 80 % de l'investissement initial, son remboursement et les intérêts.

Le tableau des flux étant complété, il suffit de calculer la valeur actuelle nette (VAN), le taux de rentabilité interne le (Taux de rentabilité interne) et le délai d'amortissement pour cet investissement.

Comparaison des prix

Pour une énergie donnée, calculer son prix nécessite de faire des hypothèses sur les taux d'intérêt, les frais de maintenance futurs (dont ceux de personnel), de combustible (ce qui signifie par exemple qu'on fait une hypothèse sur son prix dans plusieurs années), les durées d'utilisation de l'équipement (amortissement), etc. Chaque étude choisit ses propres hypothèses et donc les résultats peuvent varier.

La comparaison peut en outre tenir compte du fait que la production photovoltaïque peut se faire directement au niveau du consommateur, ce qui permet de s'affranchir des frais et pertes de distribution, commercialisation, etc. Ces frais sont importants, ils expliquent en partie la différence entre le prix du kWh à la production (3 à 4 centimes pour les moins chers : centrale nucléaire, turbine à gaz à cycle combiné, centrale à charbon à lit fluidisé) et les prix de vente au niveau du consommateur (10 à 15 centimes, voire plus, selon les pays).

De toutes les énergies renouvelables, le kWh photovoltaïque est (en 2008) de loin le plus cher (20 à 25 centimes pour une centrale et environ 40 centimes pour une bonne installation individuelle en France, contre 7 à 8 pour l'éolien par exemple). Selon un rapport de l'Inspection générale des finances (IGF) d'août 2010, «l'écart entre le tarif d'achat (entre 414 et 580 euros par Mégawatt.heure début 2010) et le prix du marché (56 euros par MWh) est financé par les consommateurs d'électricité via la contribution au service public de l'électricité (CSPE)». Cela donnait début 2010 un tarif d'achat de 7,4 à 10,4 fois supérieur pour le photovoltaïque en comparaison des prix actuels du marché. Les auteurs de ce même rapport ont chiffré les charges supplémentaires pour les ménages occasionnées par l'achat de la production photovoltaïque à la hauteur de 60 euros par an pour un ménage se chauffant à l'électricité.

Si on se projette dans l'avenir, on peut anticiper une hausse du prix de l'électricité fossile et nucléaire (hausse du prix du combustible à cause du rapprochement du pic de production, taxe carbone, nouvelles exigences de sûreté et retraitement nucléaire…) et une baisse du prix de l'énergie photovoltaïque (progrès technique, économies d'échelle suite à la hausse des volumes).

Une étude de juillet 2010 réalisée pour l'association américaine NC WARN, qui promeut les énergies renouvelables et combat le nucléaire, par deux universitaires de l'Université Duke en Caroline du Nord, avance que le solaire est dorénavant moins cher que le nucléaire. Ces deux chercheurs se basent sur un prix du kWh photovoltaïque de 14 cents $ (10,2 centimes) et sur un coût d'installation de 8 $/W (5,83 €/W). Mais les prix du solaire qu'utilise ce rapport prennent en compte les subventions publiques, ce qui invalide la comparaison. Ces chiffres sont à rapprocher des prix réels actuels du kWh photovoltaïque (entre 30 et 46 centimes (mi-2011) pour la France selon la taille et le type d’installation).

Les autres énergies renouvelables et notamment le solaire thermodynamique (centrale solaire thermodynamique) restent actuellement moins chères. Selon un rapport de l'Inspection générale des finances (septembre 2010) le photovoltaïque est « la plus coûteuse des sources d'électricité renouvelables », étant 3,3 fois plus chère que l'hydroélectricité, et 2,85 fois plus chère que l'éolien terrestre. La seule énergie plus chère que celle du photovoltaïque est actuellement celle des piles électriques, d'autant qu'il est très facile d'implanter un petit capteur photoélectrique sur les petits appareils qui utilisent cette source : c'est la raison pour laquelle les modules sont très répandus dans les calculettes, montres, gadgets, balances, télécommandes, etc.

La technique photovoltaïque présente cependant des possibilités de réduction de coûts beaucoup plus grandes que toutes les autres^{[réf. nécessaire]}. De plus, il faut tenir compte des économies dans le cas ou elle remplit une seconde fonction (toiture, brise soleil…), et des économies sur le réseau électrique induites par des installations décentralisées de production d'électricité, ce qui n'est pas valable lorsque ces installations sont connectées au réseau. Certains considèrent que ces facteurs justifient l’intérêt pour le photovoltaïque et expliquent qu'il bénéficie d'incitations gouvernementales lui permettant de se développer en dépit de coûts plus importants que toutes les autres, développement qui est d'ailleurs une des conditions à la baisse des coûts.

Puissances installées

Évolution des puissances installées entre 2009 et 2011 pour les 10 premiers pays du monde en termes de puissance installée cumulée.

Puissance PV installée (2010-2011) des 10 premiers pays du monde

Pays	Installé en 2010	À fin 2010	À fin 2011
Allemagne	7 400 MW	17 370 MW	24 700 MW
Italie	2 320 MW	3 500 MW	12 500 MW
Japon	990 MW	3 620 MW	4 700 MW
Espagne	392 MW	3 900 MW	4 200 MW
États-Unis	920 MW	2 534 MW	4 200 MW
Chine	500 MW	800 MW	2 900 MW
France	720 MW	1 025 MW	2 500 MW
Belgique	300 MW	950 MW	1 500 MW
Australie	380 MW	570 MW	1 200 MW
Royaume-Uni	45 MW	70 MW	750 MW
Total mondial	14 000 MW	39 700 MW	67 350 MW

Ces nouvelles installations ont fait croître le parc mondial installé de 66 % en 2009 et de 70 % en 2011.

Malgré un ralentissement du à la crise de 2008 et à ses suites, le photovoltaïque a continué à se développer avec plus de 29 000 MWc raccordés au réseau en 2011 (+73 %) dans le monde.

En Europe, les énergies renouvelables représentent plus de 70 % des puissances nouvellement installées dans l’UE, et le solaire y tient une place proportionnellement croissante, qui devrait approcher 2 % de la consommation électrique totale de l'UE fin 2012 (3,6 % de la consommation électrique totale du pays en Italie, 3,1 % en Allemagne et 2,6 % en Espagne).
En 2011, avec 21 529 MWc raccordés (centrales photovoltaïques connectées au réseau), l'Europe était la première zone mondiale de développement du photovoltaïque. Ces raccordements ont porté la puissance cumulée du parc européen à 51 357 MWc.
En termes de parcs installés ; en 2011 les leaders européens étaient l'Allemagne (+9280 MWc par rapport à 2010), puis l'Italie (+7505 MWc) ; soit, pour ces deux pays, une puissance connectée supplémentaire de près de 17 000 MWc. Viennent ensuite l'Espagne (3ème avec 4214 MWc), et loin derrière les premiers la France (2831 MWc, en comptant les DOM). C'est le secteur électrique le plus dynamique en termes d’installations, loin devant l’éolien (+9368 MW), les centrales à gaz naturel (+9718 MW), les centrales au charbon (+2200 MW), celles au fioul (+700 MW) ou les centrales nucléaires (+331 MW).

En France, le parc photovoltaïque s'est étoffé avec, au 31 septembre 2010, plus de 120 000 installations représentant 614 MW raccordés au réseau d'ERDF et 89 MW raccordés dans les DOM TOM au 30 juin 2010, soit une progression de 47 % de la fin mars 2010 à la fin juin 2010. Plus de 79 000 nouvelles "centrales" (soit 1634 MWc) ont été raccordées au réseau durant les 12 mois de 2011, avec une forte diminution fin 2011, probablement liée à la baisse des prix de rachats par EDF depuis le 4 mars 2011. L'accès au réseau est en outre limité par le gestionnaire qui n'annonce que 500 MWc supplémentaire en 2012. Les centrales produisant plus de 100 kWc ne sont pas concernées par les tarifs de rachat, mais sont autorisées après réponses à des appels d’offres.

En septembre 2012, le parc photovoltaïque installé en France métropolitaine atteint 3 060 MW; il était en mars 2012 d'une puissance pic de 2 672 MW avec plus de 238 000 installations. La France, de 2010 à 2011 avait progressé de +1600 MWc de puissance reliée au réseau, ce qui en a fait le 3e marché européen.
En juillet 2010, son gouvernement avait présenté un plan visant 23 % d'énergie d'origine renouvelable en 2020, et 5400 MW d'énergie photovoltaïque en ligne en 2020.
Alors que le prix des modules photovoltaïques diminue (plus vite que la baisse des tarifs d’achat d’électricité solaire dans certains pays), pour éviter ce qu'il considère comme un emballement du secteur avec plus de 3 375 MW de demandes de raccordement en cours au 30 juin 2010, le gouvernement a publié 13 décrets et lois en 2010, visant à diminuer les crédits d’impôt et les tarifs de rachat de l'électricité produite. Le 2 décembre 2010, le gouvernement a annoncé un moratoire de 4 mois sur les installations photovoltaïques de plus de 3 KWc. Le 4 mars 2011, il a publié un décret annonçant une nouvelle diminution de 20 % du prix de rachat de l'électricité photovoltaïque ; Il a aussi décidé de plafonner à une puissance de 500 MW annuels les nouveaux projets subventionnés de production d'électricité photovoltaïque. Un 1^er appel d’offres (centrales de 100 à 250 kWc) a été publié en mars 2012 et un second (centrales de plus de 250 kWc) devrait l'être en septembre 2012, pour 450 MW à installer entre 2012 et 2014.

Par ailleurs, pour améliorer la sécurité électrique des installations (37 % des installations étant non conformes en 2009, 72 % pour risque d’électrocution et 28 % pour risque d'incendie), le Ministère de l'Écologie, du Développement durable, des Transports et du Logement a modifié le décret du 14 décembre 1972 afin d'étendre l'attestation de conformité aux centrales photovoltaïques.

Production

En 2011, la production mondiale d'électricité solaire atteignait 61,6 TWh, dont 58,7 TWh de photovoltaïque et 2,8 TWh de solaire thermodynamique. Sa contribution à la production d'électricité mondiale était de 0,3 %. L'essentiel de la production provient de l'Europe de l'Ouest : 72,1 % ; les deux autres grandes régions de production sont l'Asie de l'Est et du Sud-Est (10,9 %) et l'Amérique du Nord (10 %) ; l'Europe Centrale commence à percer (3,8 %). La croissance de la filière solaire a été de 84 % en 2011, et de 45,8 % par an en moyenne depuis 2001. Dans les régions développées, ce développement se fait par connexion des centrales au réseau électrique ; dans les régions en développement elle répond davantage à des besoins décentralisés : électrification rurale, télécommunications, pompes d'irrigation, etc.

Principaux pays producteurs d'électricité solaire en 2011

Pays	Production (TWh)	Part (%)
Allemagne	19,3	31,4
Italie	10,8	17,5
Espagne*	9,2	15,0
États-Unis*	5,8	9,3
Japon	3,8	6,2
République tchèque	2,1	3,4
France	2,0	3,3
Chine	1,9	3,1
Belgique	1,5	2,4
Australie	0,8	1,3
Reste du monde	4,3	6,9
Monde	61,6	100,0

Ces données incluent les productions de la filière héliothermodynamique en Espagne (1,8 TWh pour 1151 MW), aux États-Unis (516 MW) et en Australie.

Recherche et développement

La recherche est très active dans le domaine du solaire photovoltaïque. Les prix diminuent constamment et les rendements progressent. L'essentiel des progrès se fait au niveau des cellules. Cependant, il existe aussi des innovations au niveau d'autres éléments qui peuvent réduire le coût global ou améliorer les fonctionnalités : amélioration des onduleurs, des héliostats, intégration dans des éléments standards de toitures (sous forme de tuiles par exemple), de vitrage ou de façade, mécanismes anti-poussières automatiques, vitres des panneaux solaires laissant mieux passer l'énergie solaire... Fin 2011, on compte au moins 70 solutions différentes d'intégration dans le bâti.

Le système peut synergiquement être associé à une pompe à chaleur, avec amélioration des rendements respectifs. C'est ce qu'à montré une expérimentation récente (Ex : + 20 % de rendement dans les conditions climatiques de Chambéry en Savoie). C'est un des moyens (breveté en France sous le nom «Aedomia») d'atteindre la "basse consommation" voire le bâtiment à énergie positive ; La chaleur accumulée par les panneaux photovoltaïques peut être récupérée pour améliorer le rendement d'une pompe à chaleur, elle même alimentée par l'électricité produite. De plus le module photovoltaïque produit plus d'électricité quand il est ainsi réfrigéré. Un stockage intermédiaire de calories (ballon d'eau chaude) est nécessaire, car les pompes à chaleur classiques s'arrêtent (sécurité) au-dessus de 40 °C alors que l'air chauffé par le soleil peut atteindre 50 °C.

Risques environnementaux

Si l'électricité est produite par le module photovoltaïque sans pollution, mais la fabrication, l'installation et l'élimination des panneaux ont un certain impact sur l'environnement qui justifie la mise en place progressivement en d'obligations d'intégrer le démantèlement et le recyclage des installations en fin de vie. Ainsi en France, dès janvier 2012, une analyse de cycle de vie des installations sera exigée.

Sécurité incendie

S'il existe des normes sur les circuits électriques et onduleurs, depuis leur apparition, les prescriptions techniques d'installation et d'utilisation des panneaux solaires sont fournies par les industriels. Il n'existe pas de normes européennes ou nationales spécifiques au photovoltaïque. Le ministère chargé de l’Écologie a commandé une étude à l'INERIS et au CSTB pour évaluer les risques d'incendies et le comportement au feu des panneaux photovoltaïques. Cette étude a été suivie d'un groupe de travail associant notamment la direction de la Sécurité civile

En laboratoire, des essais et tests d'inflammabilité et de dégagement éventuel de gaz ou fumées toxiques ont été réalisés sur des échantillons de panneaux à cellules amorphes (panneau collé sur une membrane d'étanchéité) et sur des panneaux à base de cellules en tellurure de cadmium insérées entre deux couches de verre. les analyses ont montré que les impacts toxique des émissions de fumées ou de vapeur de cadmium sont négligeables.

En conditions réelles de bâtiments industriels, des tests ont étudié la propagation de la flamme sur une toiture certifiée BROOF (t3), avec panneau seul et panneau sur étanchéité en bitume, avec pente de toiture faible, et présence d'un isolant en dessous du panneau. Les panneaux se sont montrés « très résistants, même en présence d'une étanchéité combustible ». Le panneau seul n'a pas ou peu contribué à propager le feu (seul le support brûlait), sur une toiture d'entrepôt, l'étanchéité (bitume) a peu contribué à propager le feu. Dans les deux cas, le courant a continué à circuler, malgré la destruction des éléments. En conditions de toiture type entrepôt, la puissance électrique délivrée reste à un niveau relativement important, mais des variations de puissance sont induites par la destruction d'une partie des panneaux et la présence de fumées. En conditions réelles de maison d'habitation (maquettes de maison avec ou sans panneaux photovoltaïques sur combles), le panneau semble jouer un rôle isolant qui se traduit par une augmentation plus rapide des températures observées sous la toiture dans les combles durant le feu ; les températures critiques sont atteintes environ 5 minutes plus tôt que sans panneaux (« températures atteintes au bout de 11 minutes contre 6 pour un incendie avec panneau » lors de cet essai où les matériaux d'étanchéité utilisés étaient combustibles. L'Ineris recommande que les recommandations sur la sécurité incendie ne concernent pas seulement le panneau photovoltaïque lui-même mais tout le dispositif d'accueil du panneau en toiture ;

Le CSTB et l'INERIS ont conclu que les systèmes photovoltaïques composés de modules standards sur cadres métalliques ou matériaux peu inflammables (classé au plus B-s3, d0 ou M1) et non déformables, ne contribuent que faiblement au développement du feu, et répondent aux exigences réglementaires du bâtiment. Quand les panneaux sont directement intégrés dans le bâti, le CSTB recommande, pour limiter le risque de court-circuit électrique et d'incendie induit, d'éviter tout contact direct des panneaux avec une structure ou un écran facilement inflammable.
Les installations sur façade accrochées sur un mur de béton ou sur un bardage métallique en acier ne présentent pas de danger en situation d'incendie, à condition d'éviter un effet cheminée au dos des systèmes (comme pour n'importe quel bardage). Diverses recommandations ont été publiées, dont pour les « interventions pompier ».

Parcs au sol et concurrence d'usage

L'installation de parcs photovoltaïques au sol entraîne une concurrence d'usage de la terre entre la production d'énergie et la production agricole par exemple. Néanmoins leur installation peut avoir des avantages comme la valorisation des sols artificialisés ou pollués et entraîner des économies d'échelle en comparaison des panneaux solaires posés sur les toits.

Plusieurs associations et organisations intervenant dans les domaines de l'énergie et de la protection de l'environnement proposent 5 recommandations à considérer pour tout projet de création de parc photovoltaïque au sol :

1. Le parc photovoltaïque doit s'inscrire dans une politique de territoire
2. Tout projet de parc photovoltaïque doit avoir fait l'objet d'études sur l'usage des sols et leur artificialisation
3. La préservation de la biodiversité doit faire l'objet d'une considération particulière
4. La multifonctionnalité doit être favorisée
5. La réversibilité doit être recherchée

Annexes

Bibliographie

• Guide des producteurs d'électricité d'origine photovoltaïque [PDF]
• Banque de données des installations d'électricité d'origine photovoltaïque en France [PDF]
• Guide des producteurs d'électricité d'origine photovoltaïque [PDF]
• Spécifications techniques relatives à la protection des personnes et des biens dans les installations photovoltaïques raccordées au réseau [PDF]
• Synthèse publique de l’étude des coûts de référence de la production électrique - 2008 [PDF]
• Installations raccordées au réseau ERDF à fin septembre 2010 [PDF]
• (en) Annuaire des acteurs du photovoltaique en France

Articles connexes

• Agence Internationale de l'Energie Renouvelable
• Albédo
• Obscurcissement global
• Cellule photovoltaïque
• Centrale solaire photovoltaïque
• certificat vert
• Chauffe-eau solaire
• Choc pétrolier
• Commissariat à l'énergie solaire
• Contribution au service public de l'électricité
• Économie d'énergie
• Énergie propre
• Solaire thermique
• Four solaire de Mont-Louis
• Haute qualité environnementale
• Héliostat
• Institut national de l'énergie solaire
• Monitoring photovoltaïque
• Panneau solaire
• Panneau solaire aérothermique
• Photovoltaïque raccordé au réseau
• Solar decathlon
• Solar Impulse
• Sphère de Dyson
• Stockage d'énergie
• Synergie solaire
• Tenerrdis
• World Solar Challenge